• Vorbereitung einer DNA Probe im Labor
    Genome Editing

Genome Editing - neue Technik mit vielen Möglichkeiten

Überblick

Kurz erklärt
Der Begriff Genome Editing umfasst eine Reihe von Methoden. Sie alle können einzelne Bausteine der DNA gezielt und punktgenau verändern.

Vorteile
Viele Beispiele zeigen, dass sich neue Pflanzensorten damit schneller und präziser züchten lassen als bisher.

Nachteile
Gesellschaftliche Akzeptanz noch offen

Entstehung
Anwendung in der praktischen Pflanzenzüchtung seit 2012.

Anwendung bei KWS
KWS prüft das Potenzial dieser innovativen Methoden.

Die neuen Züchtungsmethoden ergänzen den Werkzeugkasten der Pflanzenzüchter und bieten zusätzliche Möglichkeiten, Pflanzen züchterisch gezielt zu verbessern. Die Folgen des Klimawandels, neue Schadpilze, der Wunsch nach weniger Dünger auf dem Acker und einer hohen Qualität landwirtschaftlicher Produkte: Auf alle diese Herausforderungen an eine nachhaltige Landwirtschaft reagieren Pflanzenzüchter mit neuen Sorten und nutzen dafür die jeweils am besten geeigneten Züchtungsmethoden. Wir sehen deshalb in den neuen Züchtungsmethoden mit ihrer Einfachheit in der Anwendung großes Potenzial.

Die neuen Züchtungsmethoden

Die Geschichte der Pflanzenzüchtung begann mit der Auslese besonders wünschenswerter Eigenschaften. Es folgten die Kreuzungs-, die Hybrid- und die Mutationszüchtung, später die Gentechnik und die markergestützte Züchtung, um nur einige Verfahren zu nennen. Diese Entwicklung war notwendig, um für die permanent steigenden Bedürfnisse der Gesellschaft neue Lösungen zu bieten. Jetzt sind wir dabei, die Möglichkeiten zu erweitern.

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Video zu Genome Editing

Die Methoden des Genome Editing im Überblick

Die neuen Verfahren können vielfältig eingesetzt werden. Je nach ihrer Anwendung können einige von ihnen gentechnisch veränderte Pflanzen hervorbringen. Deshalb ist es wichtig, die Verfahren differenziert zu bewerten.

Zinkfinger, TALEN und CRISPR/Cas können auf verschiedene Arten angewandt werden. Die Varianten 1/2 bezeichnen dabei jene Verfahren, bei denen keine Gene übertragen werden. Eine Auswahl zeigt, wie Pflanzen mit Hilfe der neuen Verfahren entstehen.

CRISPR/Cas*

Anders als bei TALEN und Zinkfinger sorgt ein Nukleinsäure-Protein-Komplex für die Bindung und das Schneiden. Die Nukleinsäure erkennt, an welcher Stelle im Genom geschnitten werden soll. Das Protein ist dafür zuständig, die DNA präzise zu schneiden. Es werden keine Gene – weder von einer fremden noch von einer nahverwandten Art – eingebaut. Auch hier werden Mutationen an vordefinierten Stellen erzeugt.

ODM*

Bei diesen neuen Methoden werden mit Hilfe von Oligonukleotiden an vordefinierten Stellen im Genom einzelne DNA-Bausteine verändert. Es entsteht eine Mutation, eine Veränderung im Erbgut (Genom), wie sie auch in der Natur vorkommt.

Zinkfinger*

Wie bei ODM werden Mutationen ebenfalls an vordefinierten Stellen erzeugt. Es werden Proteine (Zinkfingernukleasen) verwendet, welche aus zwei funktionellen Bereichen bestehen. Der Zinkfingeranteil des Proteins bindet sich an das gewünschte Gen im Erbgut der Pflanze an. Der Nukleaseanteil ist dafür zuständig, die DNA präzise zu schneiden.

TALEN*

Ähnlich wie bei Zinkfinger sorgt ein Protein, welches aus zwei funktionellen Bereichen besteht (DNA-bindender Bereich und Nuklease), dafür, dass ein bestimmter Abschnitt im Erbgut erkannt und die DNA an dieser Stelle geschnitten wird. Es werden keine Gene – weder von einer fremden noch von einer nahverwandten Art – eingebaut. Es werden Mutationen an vordefinierten Stellen erzeugt.

*in den Varianten 1/2

Glossar für Genome Editing
  • Menschen bei KWS

    Genome Editing ermöglicht eine präzisere Pflanzenzüchtung. Regulatorisch sind die verschiedenen Anwendungen differenziert zu bewerten.

    Anja Matzk, Head Regulatory Affairs Biotechnology
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Genome Editing

Die neuen Methoden erweitern den Werkzeugkasten der Pflanzenzüchter. Mit Genome Editing können Züchtungsziele schneller und präziser erreicht werden als bisher und damit die genetische Variation für eine größere Sortenvielfalt erweitert werden. Zum Beispiel:

  • Sicherung des Ertragfortschrittes
  • Verbesserte Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Krankheiten, Schädlinge und abiotischen Stress
  • Hohe Qualität des Saatgutes und der landwirtschaftlichen Produkte
  • Verringerung des Ressourceneinsatzes
  • Erhöhung des Energie- und Nährstoffgehaltes
  • Teilhabe am Züchtungsfortschritt auch für Nischenkulturen oder Kulturen, die nur mit sehr hohem Aufwand gezüchtet werden können

Wie funktionieren die neuen Methoden? Genome Editing am Beispiel CRISPR/Cas.

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Suchen
Im ersten Schritt lenken Züchter ein Enzym (Nuklease) zur gewünschten Stelle im Genom.

Schneiden
Die Nuklease zerteilt die DNA präzise und bewirkt einen Doppelstrangbruch.

Reparieren
Das zelleigene Reparatursystem fügt die DNA wieder zusammen. Dabei können Bausteine entfernt, hinzugefügt oder ausgetauscht werden – das ist der entscheidende Moment der DNA-Veränderung.

Kennen Sie schon „KWS im Dialog“

Unsere Züchtungsmethoden im Überblick

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